JP5841152B2 - アクチュエータ及びそれを用いたクランプ装置 - Google Patents
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Description
本発明の目的は、第2ピストンの進出力を従来技術より大きくできるようにすることにある。
即ち、ハウジング18に高負荷用の第1ピストン20を軸CL方向へ移動可能に挿入する。第1ピストン20に筒孔40を前記の軸CL方向へ貫通させ、その筒孔40に第2ピストン22を移動可能に挿入し、その第2ピストン22の先端部を、ハウジング18の外方に突出する出力部22bとする。第1ピストン20及び第2ピストン22でハウジング18内を区画して圧力流体室46及びバネ室44を形成する。第1ピストン20を圧力流体室46側へ付勢する高負荷用の第1バネ24をバネ室44の壁面に受け止められるように装着する。第2ピストン22を圧力流体室46側へ付勢する低負荷用の第2バネ26をバネ室44の壁面に受け止められるように装着する。第1ピストン20をハウジング18と第2ピストン22とに選択的に連結する切替機構27を、圧力流体室46に配置する。その切替機構27は、圧力流体室46の圧力流体Lが排出されたアクチュエータ作動時に、第1ピストン20がハウジング18に連結された状態下で第2バネ26が第2ピストン22を圧力流体室46側へ所定ストロークだけ進出させたときに、第1ピストン20を第2ピストン22に連結すると共に第1ピストン20とハウジング18との連結を解除させるようにする。
本発明では、上記第2バネは、ハウジングの内壁と第2ピストンとの間に装着されている。このため、上記第1ピストンと第2ピストンとが切替機構によって連結されて一体化した後でも、その第2バネの付勢力が第2ピストンを圧力流体室側へ進出させることになる。その結果、上記第1バネの付勢力に加えて第2バネの付勢力によっても第2ピストンを進出させることが可能となり、第2ピストンの進出力を大きくできた。
即ち、第2ピストン22の外周に沿って複数の係合具50を周方向へ所定の間隔をあけて配置する。第2ピストン22の外周面に外周ストレート面22c及び係合溝66を圧力流体室46側からバネ室44側に向けて順に形成する。係合具50を圧力流体室46側へ押すように第1押部48を第1ピストン20に設ける。第2ピストン22が圧力流体室46側へ進出したときに係合溝66に係合具50を係合させる第2押部68を、外周ストレート面22cに接触した状態の係合具50を収容するように圧力流体室46の周壁に設ける。係合溝66に係合された状態の係合具50に接触するように、内周ストレート面33を圧力流体室46の周壁に設ける。
この場合、切替機構を簡素に構成できるという作用効果を奏する。
即ち、前記の係合具を係合ボール50によって構成し、係合ボール50にバネ室44側から接触する第1接触面70を第1押部48に形成する。係合ボール50に圧力流体室46側から接触する第2接触面72を第2押部68に形成する。第1接触面70と第2接触面72との交差角度θを、第2ピストン22に向けて開き、かつ、10度から25度の範囲内に設定する。
この場合、係合ボールを第2ピストン22の方向に移動させる力を、所定の小さな範囲内に設定できる。その結果、係合ボールを係合溝に嵌合させるときに必要な操作力を確保することと、その係合ボールから第2ピストンの外周ストレート面に作用する力を小さくして第2ピストンを円滑に進出させることとを両立できる。
即ち、前記の出力部22bを前記の圧力流体室46の方向へ突出させる。前記の出力部22bの先端部に、クランプアーム14の長手方向の基部を、前記の軸CL(図1を参照)を含む平面内で揺動可能に支持する。そのクランプアーム14の長手方向の途中部にリンク部材16の一端部16aを回転可能に支持すると共に、前記リンク部材16の他端部16bをハウジング18に回転可能に支持することが考えられる。
即ち、前記の出力部22bを前記のバネ室44方向へ突出させ、その出力部22bの先端部にクランプアーム14を固定するというようなものであってもよい。
アクチュエータ10はハウジング18を有し、そのハウジング18が複数のボルトによってワークパレット等の固定側部材に固定されている(いずれも図示せず)。上記ハウジング18内にシリンダ孔28が上下方向(軸CLの方向)に形成されている。そのシリンダ孔28は、下から順に形成された大径の第1孔34と中径の第2孔32と小径の第3孔30とで構成されている。
上記の圧力流体室46は、前記の第1孔34の上部と前記の第2孔32とで構成されている。その第2孔32の上部に開口された給排口37には、圧力流体としての圧油Lが供給及び排出可能になっている。
上記バネ室44は、第1ピストン20のピストン本体20aの下側に環状に形成された第1バネ室44aと、環状ストッパー38の筒孔36と第1ピストン20の筒孔40とにわたって形成された第2バネ室44bとを備える。
上記構成により、第1バネ24及び第2バネ26の各下端24a,26aは、バネ室44の壁面としての前記の下壁18aに受け止められると共に、各上端24b,26bがそれぞれ第1ピストン20及び第2ピストン22を上方へ付勢している。上記第1バネ24の付勢力は、第2バネ26の付勢力よりも大きな値に設定されている。なお、上記の第1バネ室44aの下部には呼吸孔64が連通されている。
第2押部68は、上方へ向かうにつれて第2ピストン22に近づくように傾斜された第2接触面72と、ほぼ垂直に形成された保持面73とを備える。上記の第2接触面72は、上方(圧力流体室46側)から係合ボール50に接触される。また、上記の保持面73は、係合ボール50が半径方向の外方へ脱落するのを阻止するようになっている。
前記の内周ストレート面33は、上記の係合溝66に係合された状態の係合ボール50に接触するように構成される(図3Dを参照)。
上記の非作動状態では、図3Aに示すように、係合ボール50は、第1接触面70と第2接触面72と鍔部58の外周面58bとによって保持可能とされている。これにより、第1ピストン20が係合ボール50を介してハウジング18に連結可能とされ、その第1ピストン20が上方(圧力流体室46側)へ移動することが阻止可能とされている。
より詳しくいえば、第1バネ24の付勢力は、第1ピストン20の第1接触面70から係合ボール50を介して第2接触面72に作用する。このため、その第2接触面72から係合ボール50に反力が作用し、その反力の半径方向の分力が係合ボール50を第2ピストン22の外周ストレート面22cに押圧するので、その押圧力が第2ピストン22の摺動抵抗となる。さらには、第2ピストン22には前記パッキン56,62からも摺動抵抗が作用する。従って、上記の第2バネ26は、上記の比較的に小さな摺動抵抗に抗して第2ピストン22を低負荷で上昇させていくのである。
そして、図2B(及び図3B)に示す低負荷上昇の終期には、係合ボール50が係合溝66に係合し始める直前の状態となる。
なお、上記の図2Dの状態では、第1ピストン20の上側には余裕ストロークαが残されている。
これにより、図2C(及び図3C)に示すように、係合溝66の前記テーパ面66aが係合ボール50を半径方向の外方へ押圧し始める。引き続いて、図2B(及び図3B)に示すように、第1ピストン20の下降が環状ストッパー38によって阻止され、これとほぼ同時に、上記テーパ面66aの上部が係合ボール50を第2押部68内へ円滑に押し出す。このため、第1ピストン20とハウジング18の第2押部68とが互いに連結されると共に、その第1ピストン20と第2ピストン22との連結状態が解除される。その後、図2A(及び図3A)に示すように、下降が阻止された第1ピストン20に対して第2ピストン22がさらに下降される。このとき、第2ピストン22の鍔部58が係合ボール50に上側から当接し、これにより第2ピストン22の下降が阻止される。
仮に、上記の交差角度θが10度よりも小さい場合には、第2接触面72から係合ボール50に作用する前記の反力の半径方向の分力が過度に小さくなるので、その第2接触面72が上記係合ボール50を係合溝66へ押し込む力が過度に小さくなり、係合ボール50が係合溝66に円滑に係合しなくなるおそれがある。また、上記の交差角度θが25度よりも大きい場合には、上記の半径方向の分力が過度に大きくなるので、その第2接触面72が上記の係合ボール50を第2ピストン22の外周ストレート面22cへ押圧する力が過度に大きくなり、その第2ピストン22が円滑に昇降しなくなるおそれがある。従って、上記の交差角度θは10度から25度の範囲内が好ましいのである。
アクチュエータ10の前記ハウジング18がワークパレットWPに固定される。前記第2ピストン22の上部に設けた前記の出力部22bは、上記ハウジング18の上方(圧力流体室46方向)へ突出されている。
上記出力部22bの上端部(先端部)に、連結ピン74を介して、クランプアーム14の長手方向の左部(基部)14aが、前記の軸CL(図1を参照)を含む平面内で上下方向に揺動可能に支持される。上記クランプアーム14の長手方向の途中部に、上ピン76を介してリンク部材16の上端部(一端部)16aが回転可能に支持されると共に、上記リンク部材16の下端部(他端部)16bが下ピン78を介して前記ハウジング18の上部に回転可能に支持される。
図5Aの非作動状態(アンクランプ状態)では、圧力流体室46に供給した圧油Lにより、第2ピストン22及び第1ピストン20が上昇されている。その第1ピストン20は、係合ボール50を介してハウジング18に受け止め可能とされ、下方移動が阻止可能とされている。
これにより、上記の第2ピストン22に形成された前記ロッド22fがガイドボール82に対して下降し、そのガイドボール82が、前記の螺旋溝84aを介して、第2ピストン22(及びクランプアーム14)を平面視で時計回りの方向へ旋回させながら下降させる(図5Aと図5Bを参照)。
なお、図5Dの作動状態(クランプ状態)から図5Aの非作動状態(アンクランプ状態)への切り替えは、上記とはほぼ逆の手順で行われる。
係合具50は、例示したボールに代えて、球面コロ等であってもよい。
圧力流体Lは、例示した圧油に代えて、他の液体であってもよく、圧縮空気等の気体であってもよい。
アクチュエータ10(及びクランプ装置12)の設置姿勢は、例示した姿勢とは上下逆の姿勢であってもよく、また、水平方向に設置したり斜め方向に設置してもよい。
前記の図1中の呼吸孔64を圧力流体Lの給排口に変更してもよい。この場合、第1ピストン20及び第2ピストン22の上昇時に、バネ室44に圧力流体Lを供給することにより、上記の2つのピストン20,22をさらに強力に駆動できる。
その他に、当業者が想定できる範囲で種々の変更を行えることは勿論である。
Claims (5)
- ハウジング(18)に軸(CL)方向へ移動可能に挿入された高負荷用の第1ピストン(20)と、
その第1ピストン(20)に前記軸(CL)方向へ貫通された筒孔(40)に移動可能に挿入され、前記ハウジング(18)の外方に突出する出力部(22b)を先端部に有する低負荷用の第2ピストン(22)と、
前記第1ピストン(20)及び第2ピストン(22)で前記ハウジング(18)内を区画して形成された圧力流体室(46)及びバネ室(44)と、
前記第1ピストン(20)を前記圧力流体室(46)側へ付勢するように前記バネ室(44)に装着され、前記バネ室(44)の壁面に受け止められた高負荷用の第1バネ(24)と、
前記第2ピストン(22)を前記圧力流体室(46)側へ付勢するように前記バネ室(44)に装着され、前記壁面に受け止められた低負荷用の第2バネ(26)と、
前記第1ピストン(20)を前記ハウジング(18)と前記第2ピストン(22)とに選択的に連結するように前記圧力流体室(46)に配置された切替機構(27)と、を備え、
前記切替機構(27)は、前記圧力流体室(46)の圧力流体(L)が排出されたアクチュエータ作動時に、前記第1ピストン(20)が前記ハウジング(18)に連結された状態下で前記第2バネ(26)が前記第2ピストン(22)を前記圧力流体室(46)側へ所定ストロークだけ進出させたときに、前記第1ピストン(20)を前記第2ピストン(22)に連結すると共に前記第1ピストン(20)と前記ハウジング(18)との連結を解除させるように構成した、ことを特徴とするアクチュエータ。 - 請求項1のアクチュエータにおいて、
前記切替機構(27)は、
前記第2ピストン(22)の外周に沿って周方向へ所定の間隔をあけて配置した複数の係合具(50)と、
前記第2ピストン(22)の外周面に前記圧力流体室(46)側から前記バネ室(44)側に向けて順に設けた外周ストレート面(22c)及び係合溝(66)と、
前記係合具(50)を前記圧力流体室(46)側へ押すように前記第1ピストン(20)に設けた第1押部(48)と、
前記外周ストレート面(22c)に接触した状態の前記係合具(50)を収容するように前記圧力流体室(46)の周壁に設けられた第2押部(68)であって、前記第2ピストン(22)が前記圧力流体室(46)側へ進出したときに前記係合溝(66)に前記係合具(50)を係合させる第2押部(68)と、
前記係合溝(66)に係合された状態の前記係合具(50)に接触するように前記圧力流体室(46)の周壁に設けられた内周ストレート面(33)と、を備えることを特徴とするアクチュエータ。 - 請求項2のアクチュエータにおいて、
前記係合具(50)を係合ボールによって構成し、
前記第1押部(48)は、前記係合ボール(50)に前記バネ室(44)側から接触する第1接触面(70)を備え、
前記第2押部(68)は、前記係合ボール(50)に前記圧力流体室(46)側から接触する第2接触面(72)を備えており、
前記第1接触面(70)と前記第2接触面(72)との交差角度(θ)は、前記第2ピストン(22)に向けて開かれており、かつ、10度から25度の範囲内に設定した、ことを特徴とするアクチュエータ。 - 請求項1から3のいずれかに記載のアクチュエータを用いたクランプ装置であって、
前記出力部(22b)を前記圧力流体室(46)方向へ突出させ、
前記出力部(22b)の先端部に、クランプアーム(14)の長手方向の基部を前記軸(CL)を含む平面内で揺動可能に支持し、
前記クランプアーム(14)の長手方向の途中部にリンク部材(16)の一端部(16a)を回転可能に支持すると共に、そのリンク部材(16)の他端部(16b)を前記ハウジング(18)に回転可能に支持した、ことを特徴とするクランプ装置。 - 請求項1から3のいずれかに記載のアクチュエータを用いたクランプ装置であって、
前記出力部(22b)を前記バネ室(44)方向へ突出させ、
前記出力部(22b)の先端部にクランプアーム(14)を固定した、ことを特徴とするクランプ装置。
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